Journal of the Korean Magnetics Society (한국자기학회지)

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A Study on Embrittlement of Fast Neutron-irradiated Nuclear Reactor Pressure Vessel Steels at Room- and Liquid Nitrogen-temperature

상온 및 액체질소 온도에서 고속 중성자 조사된 원자로 압력 용기의 취화 현상에 관한 연구

  • Kim, H.B. (Department of Physics, Dongguk University) ;
  • Kim, H.S. (Department of Physics, Dongguk University) ;
  • Kim, S.K. (MINT, Dongguk University) ;
  • Shin, D.H. (MINT, Dongguk University) ;
  • Yu, Y.B. (Samcheok National University) ;
  • Ko, J.D. (Department of Physics, Cheju National University)
  • Published : 2005.04.01
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Abstract

The embrittlement of fast neutron-irradiated reactor pressure vessel (RPV) steels was investigated by X-ray diffraction patterns at room temperature and $M\ddot{o}ssbauer$ spectroscopy at room- and liquid nitrogen-temperature. Neutron fluence on the samples were $10^{12},\;10^{13},\;10^{14},\;10^{15},\;10^{16},\;10^{17},\;10^{18}\;n/cm^2$. The X-ray diffraction patterns showed that the structure of the neutron unirradiated sample was bcc type, where as but the neutron irradiated samples with the fluence higher than $10^{17}\;n/{\cal}cm^2$ were so severely damaged, that bcc type structure disappeared. The $M\ddot{o}ssbauer$ spectra of all samples showed superposition of two or more sextets. In this paper all $M\ddot{o}ssbauer$ spectra were fitted by three set of sextet. The isomer shift and quadrupole splitting values were found around zero. At liquid nitrogen temperature, magnetic hyperfine field and absorption area increase rapidly S 1 sextet in the samples of $10^{17}\~10^{18}\;n/{\cal}cm^2$ neutron fluences. And at room temperature, magnetic hyperfine field and absorption increased rapidly at SI sextet in the samples of $10^{17}\~10^{18}\;n/{\cal}cm^2$ neutron fluences. This rapid increase of magnetic hyperfine field and absorption area were inferred to be caused by the change of $^{56}Fe,\;^{55}Mn$ into $^{57}Fe$ due to by neutron irradiation.

고속 중성자 조사한 원자로 압력 용기의 취하현상을 상온에서 X-선 회절 실험과 액체 질손 온도에서 M$\ "{o}$ssbauer 분광법으로 조사하였다. 시료의 중성자 조사량은 $10^{12},\;10^{13},\;10^{14},\;10^{15},\;10^{16},\;10^{17},\;10^{18}\;n/{\cal}cm^2$이다. X-선 회절 패턴에서 중성자 조사하지 않은 시료는 bcc 형태를 나타내었으나, 중성자 조사량이 $10^{17}\;n/{\cal}cm^2$ 이상인 시료에서는 bcc 구조가 사라지는 심각한 손상을 보였다. 모든 시료의 $M\ddot{o}ssbauer$ 스펙트럼은 두개 혹은 그 이상의 sextet의 중첩을 보였다. 모든 $M\ddot{o}ssbauer$ 스펙트럼은 본문에서는 3조의 sextet로 fitting 하였다. 이성질체 이동치와 사중극자 분열치는 거의 영에 가까운 값을 나타내었다. 액체 질소 온도에서 중성자 조사량이 $10^{17}\~10^{18}\;n/{\cal}cm^2$인 시료에서 S1 sextet의 초미세 자기장과 흡수 면적이 급격히 상승하는 현상을 관측하였으며, 상온에서 또한 이 현상을 관측하였다. 이는 중성자 조사에 의한 시료 내부의 $^{55}Mn$ 혹은 $^{56}Fe$이 $^{57}Fe$의 천이에 의한 $^{57}Fe$의 $M\ddot{o}ssbauer$ 핵종의 증가에 기인하는 것으로 추측된다.

Keywords

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